DE19711127A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der bidirektionalen Reflektanzverteilung - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der bidirektionalen ReflektanzverteilungInfo
- Publication number
- DE19711127A1 DE19711127A1 DE19711127A DE19711127A DE19711127A1 DE 19711127 A1 DE19711127 A1 DE 19711127A1 DE 19711127 A DE19711127 A DE 19711127A DE 19711127 A DE19711127 A DE 19711127A DE 19711127 A1 DE19711127 A1 DE 19711127A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- ccd line
- line camera
- reflectance distribution
- optical
- bidirectional reflectance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
- A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
- A47C7/00—Parts, details, or accessories of chairs or stools
- A47C7/36—Support for the head or the back
- A47C7/40—Support for the head or the back for the back
- A47C7/42—Support for the head or the back for the back of detachable or loose type
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der
bidirektionalen Reflektanzverteilung.
Mittels der bidirektionalen Reflektanzverteilungsfunktion (BRDF) können z. B.
Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand von Waldgebieten und anderen
Bodenflächen gezogen oder andere klimarelevante Aerosolparameter abgelei
tet werden.
Die bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion ist abhängig von der Wellen
länge des untersuchten Lichts und der Strahldichten der einfallenden unreflek
tierten Strahlung. Diese wiederum sind abhängig von Azimut- und Zenitwinkel
des Sonnenstandes bzw. dem Beobachtungsazimut- und dem Beobachtungs
zenitwinkel.
Zur Bestimmung der bidirektionalen Reflektanzverteilungsfunktion werden Da
ten von Satelliten (Z.B. NOAA 6/7) genutzt oder Messungen mit Spektro- bzw.
Radiometern vorgenommen. Ein solches Spektralphotometer ist z. B. aus dem
Prospekt "SP1A" der Firma Dr. Schulz & Partner bekannt, mittels dessen die
Globalstrahlung gemessen wird. Dabei wird das Spektralphotometer an einer
Drehvorrichtung befestigt, die das Schwenken des Spektralphotometers um
zwei Achsen in alle Richtungen erlaubt. Um aus der gemessenen Strahldichte
den Reflektanzfaktor zu ermitteln, wird meistens die Strahldichte über einer
Referenzfläche ("Weißscheibe") bestimmt. Dies ist vorzugsweise eine Spek
tralonplatte mit einem genau definierten Reflexionsvermögen, daß unabhängig
von der Richtung der ein- und ausfallenden Strahlung sein soll. Nachteilig an
der bekannten Vorrichtung ist deren mangelnde Auflösung. Bei Messung in
einer Filterstellung und Schrittweiten von 1° in Azimut- und Zenitrichtung benö
tigt die Vorrichtung 18 Stunden Zeit für eine Messung, da alle zwei Sekunden
gefahren und gemessen werden kann. Bei einer Schrittweite von 5° in Azimut- und
Zenitrichtung kann alle drei Sekunden eine Messung durchgeführt werden.
Damit dauert die Meßreihe eine Stunde und fünf Minuten. Da die bidirektionale
Reflektanzverteilungsfunktion vom Azimut- und Zenitwinkel des Sonnenstan
des abhängig ist, muß die Vermessung sehr zügig durchgeführt werden, um
einen nahezu konstanten Sonnenstand sicherzustellen. Um dies bei der Ver
messung des gesamten Halbraumes zu gewährleisten, muß bei dem bekann
ten Verfahren entweder der Öffnungswinkel (Field of View) und/oder die
Schrittweite für die Azimut- und Zenitwinkel relativ groß gewählt werden. In der
Regel benutzt man einen Öffnungswinkel und eine Schrittweite von 5° bis 15°
und mißt dann in entsprechend vielen Einstellungen, die teilweise manuell vor
genommen werden, den gesamten unteren Halbraum. Im Ergebnis liegt eine
bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion mit einer Auflösung von 5° bis zu
15° Winkelschrittweite vor. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung ist
die mangelnde Genauigkeit der ermittelten Referenz, da die Konstanz des
Reflexionsvermögens nicht vollständig gewährleistet ist, sowohl an den ver
schiedenen Punkten der Spektralonplatte als auch bezogen auf die Abhängig
keit von der Blickrichtung.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Bestimmung der bidirektionalen Reflektanzverteilung zu
schaffen, mit der eine verbesserte Auflösung der bidirektionalen Reflektanzver
teilungsfunktion erreichbar ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale der Pa
tentansprüche 1 und 4. Durch die Ausgestaltung der optischen Detektorein
richtung als CCD-Zeilen-Kamera kann jeweils simultan, entsprechend dem
Öffnungswinkel der Kamera, ein Segment der abzutastenden Oberfläche aus
gemessen werden und eine horizontale Verstellung der Detektoreinrichtung zur
Erfassung einzelner Meßpunkte ist entbehrlich. Dadurch kann die Ausmessung
der Oberfläche um den Faktor 2000 schneller erfolgen, so daß die Fehler auf
grund einer Sonnenstandsänderung vernachlässigbar sind. Die Zeitdauer für
eine Meßreihe einschließlich Polarisationsmessung beträgt ca. 65 Sekunden
bei einer Auflösung von bis zu 0,5°. Solche weitwinkligen CCD-Zeilen-Kameras
sind seit langem aus der Luft- und Raumfahrttechnik bekannt. Eine beispielhaf
te Beschreibung einer derartigen Kamera ist dem Fachartikel "Weitwinkel-Ste
reokamera WAOSS-Konzept und Arbeitsweise, Sandau et al.; bild & ton, 9/10,
1992, S. 224 ff. entnehmbar, auf den hier bezüglich der Ausbildung der Kame
ra ausdrücklich Bezug genommen wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur Erfassung und Unterdrückung der durch die Eigenpolarisation der CCD-
Zeilen-Kamera verursachten Meßfehler kann mindestens eine weitere Refe
renzmessung durchgeführt werden, bei der bestimmte Punkte der Oberfläche
in einer unterschiedlichen CCD-Zeilen-Position vermessen werden. Da die
Eigenpolarisation der CCD-Zeilen-Kamera bekannt ist, kann mittels der beiden
Meßdaten der Meßfehler herausgerechnet werden.
Durch die schnelle Erfassung aller Meßpunkte kann zur Bestimmung der Refe
renz auf eine Spektralonplatte verzichtet werden und die Referenz direkt durch
Schwenkung der Drehvorrichtung um 180° um die horizontale Achse und Wie
derholung der Messung in Himmelsrichtung ermittelt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbei
spieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung bei Erfassung
der Meßdaten,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung bei Erfassung
der Referenz und
Fig 3 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung bei Erfassung
einer weiteren Referenz zur Kompensation der Meßfehler auf
grund der Eigenpolarisation der CCD-Zeilen-Kamera.
Die Vorrichtung zur Bestimmung der bidirektionalen Reflektanzverteilung um
faßt eine CCD-Zeilen-Kamera 1 und eine Drehvorrichtung 2, auf der die CCD-
Zeilen-Kamera 1 montiert ist. Mittels der Drehvorrichtung 2 ist die CCD-Zeilen-
Kamera 1 sowohl um eine vertikale Achse 3 als auch um eine horizontale Ach
se 4 schwenkbar. Zur Erfassung der jeweiligen Strahlungsdichte einer zu un
tersuchenden Oberfläche 5 wird die CCD-Zeilen-Kamera 1 derart ausgerichtet,
daß ein Ende der CCD-Zeile senkrecht auf die Oberfläche 5 blickt und dadurch
einen imaginären Kreismittelpunkt 6 der Oberfläche 5 definiert. Das entgegen
gesetzte Ende der CCD-Zeile ist somit auf einen Punkt 7 off-nadir gerichtet.
Bei einem Öffnungswinkel von 80° steht somit die optische Achse der CCD-
Zeilen-Kamera 1 zur Oberfläche 5 in einem Winkel von 40°. Mittels einer simul
tanen Aufnahme wird dabei das gestrichelt dargestellte Segment aufgenom
men. Anschließend wird die CCD-Zeilen-Kamera 1 um einen bestimmten Win
kel um die vertikale Achse 3 gedreht und ein weiteres Segment aufgenommen.
Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis die CCD-Zeilen-Kamera 1 um
360° gedreht wurde und somit einen Kreis 8 der Oberfläche 5 vermessen hat.
Die schrittweise vertikale Drehung kann dabei entweder manuell oder automa
tisch mittels einer geeigneten programmierbaren Steuerung erfolgen.
Zur Bestimmung der bidirektionalen Reflektanz muß die erfaßte Strahlungs
dichte mit einer der einfallenden Strahlung entsprechenden Referenzgröße
verglichen werden. Dazu wird gemäß Fig. 2 die CCD-Zeilen-Kamera 1 um die
horizontale Achse 4 um 180° gedreht und die einfallende Strahlungsdichte
wieder segmentweise erfaßt. Dadurch ist für jeden Punkt der Oberfläche 5
sowohl die einfallende als auch die reflektierte Strahlungsdichte bekannt, so
daß daraus die resultierende bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion der
Oberfläche 5 ableitbar ist.
Aufgrund des großen Öffnungswinkels und der optischen Bauelemente weist
die CCD-Zeilen-Kamera 1 bzw. die Kameraoptik eine gewisse Eigenpolarisa
tion auf. Die Eigenpolarisation der Kameraoptik ist im Bereich der optischen
Achse nahezu null und nimmt zu beiden Enden der CCD-Zeile hin zu. Bei den
bisher bekannten CCD-Zeilen-Kameras 1 kann die Eigenpolarisation an den
Rändern bis zu 20% betragen. Die Polarisation des einfallenden, von der Erd
oberfläche reflektierten Lichtes kann je nach Untergrund bis zu 30% bei rotem
Licht und bis zu 60% bei blauem Licht betragen. Somit kann der mit abneh
mender Wellenlänge größer werdende Meßfehler allein durch die Polarisation
bis zu 6% bzw. 12% betragen. Zur Ermittlung und Unterdrückung dieser Meß
fehler aufgrund der Eigenpolarisation der CCD-Zeilen-Kameras 1 kann gemäß
Fig. 3 eine weitere Referenzmessung vorgenommen werden. Dazu wird z. B. die
CCD-Zeilen-Kamera 1 derart ausgerichtet, daß die optische Achse der CCD-
Zeilen-Kamera 1 auf den off-nadir Punkt 7 der ersten Messung gerichtet ist,
also den Punkte, wo die größte Eigenpolarisation der CCD-Zeilen-Kamera 1 in
der vorangegangenen Messung auftrat. Da im Bereich der optischen Achse die
Eigenpolarisation null ist, ist der Meßfehler aufgrund von Polarisation für den
off-nadir Punkt 7 bei der Referenzmessung null. Mittels eines Vergleichs zwi
schen den beiden Meßwerten kann somit auf den Polarisationsgrad der von
der Oberfläche 5 reflektierten Strahlung zurückgeschlossen werden. Da die
Eigenpolarisation und deren Verteilung über die CCD-Zeile eine feste, be
stimmbare Gerätegröße ist, kann somit der Meßfehler aufgrund der Polarisa
tion für alle Punkte eines Segmentes und somit der gesamten Oberfläche 5
herausgerechnet werden.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Bestimmung der bidirektionalen Reflektanzverteilung,
umfassend eine optische Detektoreinrichtung und eine die optische De
tektoreinrichtung schwenkende Drehvorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß
die optische Detektoreinrichtung als CCD-Zeilen-Kamera (1) ausgebildet
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh
vorrichtung (2) um eine vertikale Achse (3) und eine horizontale Achse
(4) schwenkbar ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die CCD-Zeilen-Kamera (1) einen Öffnungswinkel
von bis zu 80° aufweist.
4. Verfahren zur Bestimmung der bidirektionalen Reflektanzverteilung,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) eine CCD-Zeilen-Kamera (1) auf einer Drehvorrichtung (2) angeord net wird,
- b) simultan die optische Strahldichte eines Segmentes der abzutasten den Oberfläche (5) erfaßt und abgespeichert wird,
- c) die CCD-Zeilen-Kamera (1) um die vertikale Achse (3) um einen Win kel gedreht wird und die Erfassung gemäß b) wiederholt wird, bis die CCD-Zeilen-Kamera (1) um 360° um die vertikale Achse (3) gedreht wurde und
- d) die erfaßten Daten der optischen Strahldichte mit einer der einfallen den Strahlung entsprechenden Referenz verglichen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
eine weitere Referenzmessung erfolgt, bei der die optische Achse der
CCD-Zeilen-Kamera (1) mittels der horizontalen Achse (4) verschoben
wird und die Verfahrensschritte b) und c) für die gewählte Ausrichtung
der optischen Achse wiederholt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Referenz durch die CCD-Zeilen-Kamera (1) vor und/oder nach der Er
fassung der Meßdaten erfolgt, indem die CCD-Zeilen-Kamera (1) um die
horizontale Achse (4) um 180° in Richtung der Strahlungsquelle ausge
richtet und diese gemäß der Verfahrensschritte b) und c) vermessen
wird.
7. CCD-Zeilen-Kamera dadurch gekennzeichnet, daß diese zur Bestim
mung der bidirektionalen Reflektanzverteilung verwendet wird.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19711127A DE19711127C2 (de) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der bidirektionalen Reflektanzverteilung |
DE59809972T DE59809972D1 (de) | 1997-03-10 | 1998-02-02 | Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der bidirektionalen reflektanzverteilung |
PCT/DE1998/000384 WO1998040765A1 (de) | 1997-03-10 | 1998-02-02 | Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der bidirektionalen reflektanzverteilung |
JP53905098A JP2002500754A (ja) | 1997-03-10 | 1998-02-02 | 双方向性の反射率分布の決定のための装置と方法 |
EP98910611A EP0966694B1 (de) | 1997-03-10 | 1998-02-02 | Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der bidirektionalen reflektanzverteilung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19711127A DE19711127C2 (de) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der bidirektionalen Reflektanzverteilung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19711127A1 true DE19711127A1 (de) | 1998-09-24 |
DE19711127C2 DE19711127C2 (de) | 2000-09-14 |
Family
ID=7823700
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19711127A Expired - Fee Related DE19711127C2 (de) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der bidirektionalen Reflektanzverteilung |
DE59809972T Expired - Fee Related DE59809972D1 (de) | 1997-03-10 | 1998-02-02 | Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der bidirektionalen reflektanzverteilung |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE59809972T Expired - Fee Related DE59809972D1 (de) | 1997-03-10 | 1998-02-02 | Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der bidirektionalen reflektanzverteilung |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0966694B1 (de) |
JP (1) | JP2002500754A (de) |
DE (2) | DE19711127C2 (de) |
WO (1) | WO1998040765A1 (de) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102608074B (zh) * | 2012-03-21 | 2014-09-24 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 一种新型双向反射分布函数测量装置 |
JP6410451B2 (ja) | 2014-03-31 | 2018-10-24 | キヤノン株式会社 | 情報処理装置、計測システム、情報処理方法およびプログラム。 |
CA3019100A1 (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | National University Corporation Hokkaido University | Object state detection and transmission system |
CN110083176B (zh) * | 2019-05-05 | 2020-07-24 | 宁夏大学 | 一种基于无人机载高光谱成像的brdf数据采集系统和方法 |
CN110794382A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-02-14 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 激光雷达及其探测方法 |
JP7228860B1 (ja) | 2022-02-07 | 2023-02-27 | 国立大学法人北海道大学 | 分光計測器 |
-
1997
- 1997-03-10 DE DE19711127A patent/DE19711127C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-02-02 WO PCT/DE1998/000384 patent/WO1998040765A1/de active IP Right Grant
- 1998-02-02 DE DE59809972T patent/DE59809972D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1998-02-02 EP EP98910611A patent/EP0966694B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-02-02 JP JP53905098A patent/JP2002500754A/ja active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
KRONBERG, P.: Fernerkundung der Erde, Ferdinand Enke Verlag Stuttgart, 1985, S. 137-144 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1998040765A1 (de) | 1998-09-17 |
DE19711127C2 (de) | 2000-09-14 |
DE59809972D1 (de) | 2003-11-27 |
EP0966694B1 (de) | 2003-10-22 |
EP0966694A1 (de) | 1999-12-29 |
JP2002500754A (ja) | 2002-01-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1759172B1 (de) | Scannersystem und verfahren zur erfassung von oberflächen | |
EP0536727B1 (de) | Multispektralsensor | |
DE3779568T2 (de) | Optische vorrichtung zur beleuchtung einer probe in einem spektralellipsometer mit hoher seitlicher aufloesung. | |
EP0195039A1 (de) | Messanordnung zur analyse elektromagnetischer strahlung. | |
DE10205142B4 (de) | Anordnung und Verfahren zur Wellenlängenkalibration bei einem Echelle-Spektrometer | |
DE4306050A1 (en) | Measuring double refraction to measure foil thickness - by applying phase plate to sample, measuring intensity of light momentarily passing through, etc. | |
DE102014215193A1 (de) | Messanordnung zur Reflexionsmessung | |
DE19711127C2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der bidirektionalen Reflektanzverteilung | |
DE60014944T2 (de) | Vorrichtung zur bestimmung der räumlichen verteilung der spektralen emission eines objekts | |
DE102012215153B3 (de) | Verfahren und Messsystem zur Verschmutzungsmessung an einem Solarspiegel | |
DE2251080A1 (de) | Michelson-interferometer | |
DE4105192A1 (de) | Polarimetrisches verfahren und vorrichtung zur bestimmung von eigenschaften von materialoberflaechen und transparenten materialien sowie zur winkelmessung | |
DE3517671C2 (de) | ||
DE102012214019B3 (de) | Messsystem zur Bestimmung von Reflexionscharakteristiken von Solarspiegelmaterialien und Verfahren zur Qualitätsbestimmung einer Spiegelmaterialprobe | |
DE4118760A1 (de) | Echelle-doppelmonochromator | |
DE1622500C3 (de) | Vorrichtung zur Messung optischer Wegunterschiede nach der Schlierenmethode | |
DE19745607B4 (de) | Anordnung zur Messung von optischen Parametern kristalliner Proben mittels optischer Reflexion | |
DE2163200A1 (de) | Einrichtung zur beruehrungslosen messung | |
DE19547552C1 (de) | Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustandes empfangener Strahlung | |
DE19721044C2 (de) | Anordnung zur Messung von polarisationsabhängigen optischen Parametern rotierender Proben mittels optischer Reflexion | |
DD158189A3 (de) | Kalibrierungsverfahren und vorrichtung fuer bestrahlungsstaerke-und strahldichtemessungen | |
EP3465145A2 (de) | Konfigurierbares retroreflex-sensorsystem zur verbesserten charakterisierung der eigenschaften einer probe | |
DE102018100500A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Prüfen von stabförmigen Artikeln der Tabak verarbeitenden Industrie | |
DE102011076946A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Wellenfrontmessung | |
DE4139641A1 (de) | Lichtmessanordnung zur messung der winkelabhaengigen lichtverteilung im raum |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT-UND RAUMFAHRT E.V., 51 |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT- UND RAUMFAHRT E.V. |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |